楊淑香，包興華

（內(nèi)蒙古呼倫貝爾市氣象局，內(nèi)蒙古 海拉爾 021008）

雷電是發(fā)生在自然界中常見(jiàn)的放電現(xiàn)象，伴隨著強(qiáng)大的電流和電磁輻射，對(duì)人類(lèi)、地面建筑物、輸電線(xiàn)及通信設(shè)備等具有極大的危害。目前，國(guó)內(nèi)的學(xué)者已對(duì)閃電定位資料展開(kāi)了系統(tǒng)的研究[1-14]。李家啟等[15]分析了重慶市閃電頻次的極性、幅值、雷電流波頭陡度和時(shí)間分布特征；鐘幼軍等[16]發(fā)現(xiàn)雷電活動(dòng)基本可以揭示黑龍江省天氣活動(dòng)的時(shí)空分布特征；馮真禎等[17]利用地閃強(qiáng)度的中位數(shù)法分析福建省地閃的時(shí)空分布特征。閃電在一定的氣象條件下易引發(fā)森林火災(zāi)，大興安嶺北部林區(qū)是雷擊火發(fā)生的重災(zāi)區(qū)，約占呼倫貝爾市森林火災(zāi)總次數(shù)的50%。通過(guò)分析閃電的特征可以劃分雷擊火的易發(fā)區(qū)域，從而達(dá)到預(yù)防森林火災(zāi)的目的。

1 資料來(lái)源

本文采用ADTD閃電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)云地閃，包括正地閃和負(fù)地閃[18]，ADTD閃電定位系統(tǒng)由位于滿(mǎn)歸、金河、莫爾道嘎、陳旗、滿(mǎn)洲里、東旗、圖里河、博客圖、小二溝、扎蘭屯的10部閃電定位儀組成，探測(cè)范圍覆蓋呼倫貝爾市整個(gè)地區(qū)。閃電定位儀具體分布位置，如圖1所示。

圖1 呼倫貝爾市閃電定位站分布

本文選用2009-2016年閃電定位監(jiān)測(cè)資料，每個(gè)閃電資料包括閃電發(fā)生的經(jīng)緯度、雷電流幅值、性質(zhì)、波頭陡度、時(shí)間等參數(shù)。為分析云地閃的性質(zhì)和特征，分別計(jì)算正閃和負(fù)閃的發(fā)生比例，按年、月、日統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段發(fā)生頻次等。海拔資料是利用ARCGIS讀取林業(yè)服務(wù)平臺(tái)的高程地圖獲得的。為分析閃電密度，我們把地圖劃分成1 km×1 km的網(wǎng)格，然后統(tǒng)計(jì)每個(gè)格點(diǎn)的閃電次數(shù)。

2 閃電頻次的時(shí)間分布特征

2009-2016年呼倫貝爾地區(qū)共發(fā)生地閃574 079次，其中負(fù)地閃539 634次，正地閃34 445次，正地閃年均比例為6%。據(jù)研究，正地閃比例隨緯度的增加而增大。除此之外，正地閃的多少還與地形、地貌和局地小氣候有關(guān)[19]。

2.1 閃電頻次月分布

從2009-2016年呼倫貝爾市閃電頻次的分布特征來(lái)看（圖2），雷電活動(dòng)遍布全年12個(gè)月，多發(fā)生在6-8月，占全年的91.51%，其中6月占15.6%，7月占37.8%，8月占36.3%。絕大多數(shù)雷電發(fā)生在夏季，這與該季節(jié)對(duì)流旺盛有關(guān)。全年每月發(fā)生閃電的負(fù)閃數(shù)均大于正閃數(shù)，其中4、5、9、10月正負(fù)閃之比大于1∶4，閃電較為頻繁的6-8月正負(fù)閃比例分別為1∶10，1∶9和1∶32。

圖2 呼倫貝爾地閃頻次月變化

2.2 閃電頻次日分布

閃電頻次的日分布特征明顯（圖3），總體呈單峰分布，峰值出現(xiàn)在17：00時(shí)，為5 805次，高值區(qū)在14：00-19：00時(shí)，極小值為322次，出現(xiàn)在05：00時(shí)。由此可見(jiàn)，高值區(qū)出現(xiàn)在午后傍晚，低值區(qū)出現(xiàn)在清晨上午。這與局地對(duì)流強(qiáng)弱有關(guān)，午后對(duì)流開(kāi)始發(fā)展，傍晚達(dá)到最強(qiáng)，清晨熱量不足，不利于對(duì)流的形成和穩(wěn)定[20，21]。

圖3 呼倫貝爾地閃頻次日變化

2.3 閃電頻次的雷電流幅值分布特征

分析2009-2016年地閃資料（圖4、圖5），得出呼倫貝爾地區(qū)正地閃的平均雷電流幅值為74.76 kA，最大值387.6 kA；在20～60 kA強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生最為頻繁，占正地閃總數(shù)的61.1%，最大頻次為152次/年。閃電強(qiáng)度在40 kA以下時(shí)，正地閃的發(fā)生頻次隨雷電流幅值的增大而增加；閃電強(qiáng)度大于40 kA時(shí)，正地閃的發(fā)生頻次隨雷電流幅值的增大而逐漸減少。與正地閃相比，負(fù)地閃的平均雷電流幅值為43.5 kA，最大值318.7 kA；在18～42 kA強(qiáng)度等級(jí)發(fā)生最頻繁，最大頻次為3 350次/年。很明顯，負(fù)地閃的強(qiáng)度不及正地閃，但負(fù)地閃發(fā)生頻次較大，且分布更為集中。

圖4 呼倫貝爾正地閃雷電流幅值分布

圖5 呼倫貝爾負(fù)地閃雷電流幅值分布

2.4 閃電頻次的雷電流波頭陡度分布

在2009-2016年的閃電中（圖6、圖7），正閃平均陡度為14.08 kA/μs，最大陡度為274.22 kA/μs；主要分布范圍為1～20 kA/μs，占全部正閃頻次的98.6%，其中陡度為6 kA/μs的正閃頻次最多。負(fù)閃平均陡度為13.15 kA/μs，最大陡度為108.41 kA/μs，主要分布范圍為1～20 kA/μs，占負(fù)閃頻次的96.4%，其中陡度為9 kA/μs的負(fù)閃頻次最多。與正閃相比，負(fù)閃陡度頻次大且集中。

圖6 呼倫貝爾正地閃雷電流陡度分布

圖7 呼倫貝爾負(fù)地閃雷電流陡度分布

3 閃電頻次的空間分布特征

3.1 閃電頻次與海拔的關(guān)系

對(duì)地閃的地理信息定位，提取出各個(gè)地閃的海拔，結(jié)果繪于圖8和圖9?？梢钥闯觯魝愗悹柕亻W發(fā)生頻次最高區(qū)域?yàn)楹０?00～700 m的地區(qū)，次高區(qū)域?yàn)楹０?00～400 m的地區(qū)。其中海拔在300～400 m，地閃頻次隨著正負(fù)地閃之比下降而下降；海拔在400～600 m，地閃頻次隨著正負(fù)地閃之比下降而增加；海拔在600～1 200 m，閃電頻次隨著正負(fù)地閃之比上升而下降。海拔在1 200 m以上基本不發(fā)生地閃。

圖8 呼倫貝爾地閃與海拔的關(guān)系

3.2 閃電頻次的經(jīng)緯度分布

閃電頻次的經(jīng)緯度分布特征相似，呈雙峰型分布（圖10）。緯度高值區(qū)分布在49.1°～49.6°N，次高值區(qū)分布在47.8°～48.2°N。經(jīng)度高值區(qū)分布在121.8°～122.4°E，次高值區(qū)分布在120.4°～121.0°E。隨著經(jīng)緯度的增加，正負(fù)閃之比呈遞增趨勢(shì)。

圖10 呼倫貝爾地閃的經(jīng)緯度分布

3.3 閃電頻次的區(qū)域分布特征

呼倫貝爾市境內(nèi)11個(gè)旗（市、區(qū)）2009-2016年的雷電發(fā)生情況表明：閃電頻次最高的是鄂倫春自治旗，達(dá)18 822次/a，其次是牙克石市、新巴爾虎左旗、陳巴爾虎旗、鄂溫克族自治旗，閃電頻次均大于1×104次/a。以閃電密度分布來(lái)看，扎蘭屯市最高，每100 km2達(dá)82次/a；其次是陳巴爾虎旗、鄂溫克族自治旗、新巴爾虎左旗、牙克石市，每100 km2都超過(guò)60次/a；阿榮旗、鄂倫春自治旗、新巴爾虎右旗、額爾古納市的閃電密度居中，每100 km2為20～30次/a之間；閃電密度最小的地區(qū)為根河市和莫力達(dá)瓦達(dá)斡爾族自治旗，每100 km2分別是17次/a和16次/a。

以1 km×1 km統(tǒng)計(jì)分析雷電密度（圖11），閃電密度超過(guò)10次/（a·km2）的區(qū)域有扎蘭屯市東北部、牙克石市中部、鄂倫春自治旗西南部及其他部分地區(qū)。閃電密度小于2次/（a·km2）的區(qū)域包括：額爾古納市中北部、根河市、新巴爾虎右旗中南部、鄂倫春族自治旗東北部；其余地區(qū)閃電密度在2～10次/（a·km2）之間。

圖11 呼倫貝爾地閃的密度區(qū)域分布/（次/（a·km2））

4 小結(jié)

1）呼倫貝爾市地閃中負(fù)地閃頻次遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正地閃，90%以上的地閃發(fā)生在夏季，高值區(qū)在 14:00-19:00；在春夏連旱的年份，極易發(fā)生雷擊火。

2）呼倫貝爾地區(qū)正地閃雷電流幅值在20～60 kA 發(fā)生最為頻繁，占正地閃總數(shù)的61%；負(fù)地閃雷電流幅值在18～42 kA發(fā)生最為頻繁。

3）正負(fù)地閃雷電流波頭陡度主要分布范圍為1～20 kA/μs，占全部地閃頻次的95%以上，與正閃相比，負(fù)閃陡度頻次大且集中。

4）呼倫貝爾地閃發(fā)生頻次最高區(qū)域?yàn)楹０?00～700 m的地區(qū)，次高區(qū)域?yàn)楹０?00～400 m的地區(qū)。緯度高值區(qū)分布在49.1°～49.6°N，次高值區(qū)分布在 47.8°～48.2°N；經(jīng)度高值區(qū)分布在121.8°～122.4°E，次高值區(qū)分布在120.4°～121.0°E。

5）呼倫貝爾市閃電頻次較高的區(qū)域呈西北-東南帶狀分布，雷電密度超過(guò)10次/（a·km2）的區(qū)域有扎蘭屯市東北部、牙克石市中部、鄂倫春自治旗西南部地區(qū)。

[1]劉曉東,張其林,馮煦宇，等.內(nèi)蒙古地區(qū)雷暴活動(dòng)特征分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2010,19(2):119-124.

[2]崔遜,莊燕洵,王洪生.基于組合評(píng)價(jià)法的江蘇省雷電風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2015,24(6):187-194.

[3]高燚,周方聰,勞小青.1999-2011年海南島雷電災(zāi)害特征分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2014,23(5):253-262.

[4]謝建,婁偉平,孫科.浙江省雷電災(zāi)害脆弱性分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(17):267-271.

[5]朱傳林,王學(xué)良,賀姍，等.基于權(quán)重模型分析的湖北省雷電災(zāi)害易損度區(qū)劃[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2015,31(8):206-211.

[6]駱?lè)?譚彬全,余沛，等.重慶地區(qū)雷電日雷暴日關(guān)系研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2012,28(35):291-296.

[7]張紅衛(wèi),陳懷亮.基于地理信息系統(tǒng)的河南省雷暴分布[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2011,20(1):110-114.

[8]徐瑞利,朱秀紅.基于GIS的魯東南山區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃技術(shù)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,30(5):292-296.

[9]陳妮娜,張玉書(shū),張碩等.2004-2013年遼寧省主要?dú)庀鬄?zāi)害分布及預(yù)警服務(wù)分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2017,26(3):176-184.

[10]馮鶴.雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中PB因子選取方法的分析及改進(jìn)[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2015,31(23):189-193.

[11]王學(xué)良,張科杰,余田野,等.雷電流幅值概率分布特征及累積概率分段修訂[J].氣象科技,2016,44(6):1037-1042.

[12]曾金全,馮真禎,張燁方，等.區(qū)域雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與應(yīng)用[J].氣象科技,2017,45(1):179-183.

[13]張燁方,馮真禎,王穎波，等.基于GIS的網(wǎng)格化雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型及其應(yīng)用[J].氣象科技,2016,44(1):142-147.

[14]趙海江,周彥麗,張楠，等.張家口市閃電活動(dòng)與大氣濕度響應(yīng)關(guān)系[J].氣象科技,2015,43(4):715-721.

[15]李家啟,申雙和,夏佰成，等.基于ADTD系統(tǒng)的閃電頻次分布特征分析[J].熱帶氣象學(xué)報(bào),2011,27(5):710-716.

[16]鐘幼軍,曹鐵英,宮延平，等.黑龍江省雷電活動(dòng)氣候特征分析[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2007,16(5):79-83.

[17]馮真禎,曾金全,張燁方，等.福建省地閃時(shí)空分布特征[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2013,22(4):213-221.

[18]Martin A.Uman.防雷技術(shù)與科學(xué)[M].北京:氣象出版社.2011.

[19]宋培國(guó),李寧,楊慧娟.基于GIS技術(shù)的雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2006,15(6):72-76.

[20]唐巧玲.山東省雷電活動(dòng)特征及雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究[D].蘭州:蘭州大學(xué),2013.

[21]程萌,陳楠.菏澤市雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2016,32(27):156-160.